数字电路教程

1 入门方法

2 数制及编码

学习要点:

  • 了解数制、码制的基本概念;
  • 掌握常用数制(二进制、八进制、十进制、十六进制)及其转换方法;
  • 了解常用的二进制码(自然二进制码、循环码、奇偶校验码)及BCD码(8421BCD码、5421BCD码、余3BCD码)

内容:

3 逻辑代数及门

学习要点::

  • 掌握逻辑代数的基本概念、基本公司和基本规则
  • 掌握逻辑函数的描述方式(真值表、表达式、电路图、卡诺图)及其相互转换方法
  • 了解逻辑函数最简与或式的公式化简法,掌握逻辑函数(4变量及以下)最简与或式的卡诺图化简法
  • 掌握MOS场效应管的开关特性和有关参数
  • 掌握CMOS反相器的功能和主要外部电气特性
  • 了解CMOS与非门、或非门、OD门、三态门的工作原理

内容:

  1. 逻辑门和数字抽象
  2. 布尔代数
  3. 逻辑关系描述
  4. 逻辑函数的化简与变换

4 组合逻辑电路

知识要点:

  • 掌握SSI组合电路的分析方法及双轨输入条件下的设计方法
  • 了解MSI组合电路编码器、译码器、数据选择器、数据比较器、加法器的功能
  • 账务用MSI组合电路数据选择器、数据比较器、加法器实现组合逻辑设计的方法
  • 了解组合电路中的竞争冒险现象
  • 掌握增加多余项消除逻辑冒险的方法
  • 了解取样法消除冒险的方法

组合逻辑介绍

组合逻辑 - 当前的2个或多个逻辑输入通过某种特定的功能得到需要的逻辑输出,而这个输出只依赖于当前的输出。逻辑门是构成组合逻辑的基础。 组合逻辑包括了:

  • 输入变量,二进制,要么是0,要么是1,n个输入变量相当于在输入端有2n种可能的“位”组合
  • 逻辑门构成的布尔逻辑
  • 输出变量

组合逻辑电路的设计流程:

  1. 确定输入变量和输出变量的个数
  2. 将输入和输出变量都用字母表示
  3. 将输入和输出变量的关系描述出来
  4. 构建能够表达上述输入输出关系的真值表
  5. 获取针对每一个输出变量与输入变量之间关系的布尔表达式
  6. 简化针对不同输出变量的布尔表达式
  7. 基于简化的波尔表达式构建逻辑框图

可以采用多种不同的简化技巧以最小化布尔表达式,目的是减少门数,进而降低成本。这些技巧包括布尔算数理论、卡诺图化简,从硬件实现的角度,实现如下的目标:

  • 尽可能少的门数,最少数量的输入
  • 门和门之间的连接要尽可能少,传输时间尽可能短

以上的方法对于小规模的电路是简单、有效的,也是比较通用的方式,但如果电路变得再复杂,门数增加,门和门之间的连接关系更多,基于这种方法的设计就变得不可靠而且耗时,因此厂家提供一些定制化好的集成电路,有小规模、中规模、大规模和超大规模的IC。在数字系统中比较常用的一些中规模的集成电路:

它们被广泛用于计算、数字测量、计算机、数字信号处理、自动控制、工业进程处理、数字通信等。

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5. 时序逻辑电路

  1. 时序逻辑介绍
  2. 时序逻辑电路概述
  3. 锁存器和触发器
  4. 同步时序逻辑设计
  5. 典型时序逻辑部件设计

6. 计数器

数字系统设计部分

7. 运算方法和运算部件

  • 基本运算部件
  • 定点数运算
  • 浮点数运算
  • FPGA功能块

8. 指令系统

在机器语言程序所运行的计算机硬件和上层软件之间的一座桥梁,是软件和硬件之间接口的完整定义

  • 指令系统概述
  • 指令系统设计
  • 指令系统实例 - RISC-V架构

9. 中央处理器

  • CPU概述
  • 单周期CPU设计
  • 多周期CPU设计
  • 流水线CPU设计
  • 流水线冒险及处理
  • 高级流水线技术

10. 存储器层次结构

  • 存储器概述
  • 主存储器的基本结构
  • 高速缓存存储器
  • 虚拟存储器

11. 系统互连与输入、输出

  • 外设与CPU和主存的互连
  • I/O接口和I/O端口
  • 输入、输出控制方式
  • I/O子系统中的I/O软件
  • Introduction to Sensors and Transducers
  • Position sensors
  • Temperature sensors
  • Light sensors
  • InfraRed (IR) sensor (Obsatcle Detection sensor)
  • Touch sensor
  • Electromechanical Relay
  • Electromechanical Relay-1
  • Electromechanical Relay-2
  • DC motors
  • Sound Transducers

12. 控制与通信

  • GCD算法
  • 整数平方根算法
  • FIR滤波器
  • FFT
  • 数字正交解调DDC
  • WIFI_ESP8266通信系统设计

控制系统

  • Open loop System or Non-feedback system
  • Closed loop systems or Feedback systems
  • Negative-feedback-system
  • Electronic System
  • Negative Feedback Circuits

通信系统

13. 555定时器芯片

  • 555 timer theory
  • Monostable multivibrator using 555 timer
  • Astable Multivibrator using 555 timer
  • Bistable multivibrator using 555 timer
  • 555 timer as schmitt trigger